金属材料学考试试卷及答案A卷
考试试题—标准答卷第1页共3页课程名称：金属材料学（A）考试日期：2006
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金属材料学习题与思考题
第七章铸铁
1、铸铁与碳钢相比，在成分、组织和性能上有什么区别？
（1）白口铸铁：含碳量约%,硅在1%以下白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe3c）形式存在，因断口呈亮白色。故称白口铸铁，由于有大量硬而脆的Fe3c，白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工。因此，在工业应用方面很少直接使用，只用于少数要求耐磨而不受冲击的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。大多用作炼钢和可锻铸铁的坯料
（2）灰口铸铁；含碳量大于％，铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈灰色。它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。
（3）钢的成分要复杂的多，而且性能也是各不相同钢是含碳量在%%之间的铁碳合金。我们通常将其与铁合称为钢铁，为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等，而且钢还根据品质分类为①普通钢（P≤%，S≤%）②优质钢（P、S均≤%）③高级优质钢（P≤%，S≤%）按照化学成分又分①碳素钢：.低碳钢（C≤%）.中碳钢（C≤~%）.高碳钢（C≤%）。②合金钢：低合金钢（合金元素总含量≤5%）.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）.高合金钢（合金元素总含量＞10%）。
2、C、Si、Mn、P、S元素对铸铁石墨化有什么影响？为什么三低（C、Si、Mn 低）一高（S高）的铸铁易出现白口？
（1）合金元素可以分为促进石墨化元素和阻碍石墨化元素，顺序为：
Al、C、Si、Ti、Ni、P、Co、Zr、Nb、W、Mn、S、Cr、V、Fe、Mg、Ce、B等。其中，Nb为中性元素，向左促进程度加强，向右阻碍程度加强。C和Si是铸铁中主要的强烈促进石墨化元素，为综合考虑它们的影响，引入碳当量CE = C% + 1/3Si%，一般CE≈4%，接近共晶点。S是强烈阻碍石墨化元素，降低铸铁的铸造和力学性能，控制其含量。
（2）铸铁的含碳量高，脆性大，焊接性很差，在焊接过程中易产生白口组织和裂纹。
白口组织是由于在铸铁补焊时，碳、硅等促进石墨化元素大量烧损，且补焊区冷速快，在焊缝区石墨化过程来不及进行而产生的。白口铸铁硬而脆，切削加工性能很差。采用含碳、硅量高的铸铁焊接材料或镍基合金、铜镍合金、高钒钢等非铸铁焊接材料，或补焊时进行预热缓冷使石墨充分析出，或采用钎焊，可避免出现白口组织，。
3、铸铁壁厚对石墨化有什么影响？冷速越快，不利于铸铁的石墨化，这主要取决于浇注温度、铸型材料的导热能力及铸件壁厚等因素。冷速过快，第二阶段石墨化难以充分进行。
4、石墨形态是铸铁性能特点的主要矛盾因素，试分别比较说明石墨形态对灰铸铁和球墨铸铁力学性能及热处理工艺的影响。墨的数量、大小和分布对铸铁的性能有显着影响。如片状石墨，数量越多对基体的削弱作用和应力集中程度越大。
石墨形状影响铸铁性能：片状、团絮状、球状。对于灰铸铁，热处理仅能改变基体组织，改变不了石墨形态，热处理不能明显改善灰铸铁的力学性能。
球墨铸铁是石墨呈球体的灰铸铁，简称球铁。由于球墨铸铁中的石墨呈球状，对基体的割裂作用大为减少，球铁比灰铸铁及可锻铸铁具有高得多的强度、塑性和韧性。
5、球墨铸铁的性能特点及用途是什么？
球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等.。
珠光体型球墨铸铁——柴油机的曲轴、连杆、齿轮；机床主轴、蜗轮、蜗杆；轧钢机的轧辊；水压机的工作缸、缸套、活塞等。铁素体型球墨铸铁——受压阀门、机器底座、汽车后桥壳等。
6、和刚相比，球墨铸铁的热处理原理有什么异同？
球墨铸铁的热处理主要有退火、正火、淬火加回火、等温淬火等。
7、HT200、HT350、KTH300-06、QT400、QT600各是什么铸铁？数字代表什么意义？各具有什么样的基体和石墨形态？说明他们的力学性能特点及用途。
（1）灰铸铁常用型号为HT100/HT150/HT200/HT250/HT300/HT350
球墨铸铁常用型号为
QT400-18/QT400-15/QT450-10/QT500-7/QT600-3/QT700-2/QT800-2/QT900-2
黑心可锻铸铁常用牌号为
KTH300-06/KTH350-10/KTZ450-06/KTZ550-04/KTZ650-02/KTZ700-02,其中KTH300-06适用于气密性零件,KTH380-08适用于水暖件，KTH350-10适用于阀门、汽车底盘。
（2）牌号中代号后面只有一组数字时，表示抗拉强度值；有两组数字时，第一组表示抗拉强度值，第二组表示延伸率值。两组数字中间用“一”隔开。抗拉强度随壁厚而变化，壁厚越大抗拉强度越小。3）①灰口铸铁：灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。灰铸铁价格便宜，应用广泛，其产量约占铸铁总产量的80%以上。
1.牌号：常用的牌号为HT100、HT150、HT200、……、HT350
2.组织
灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。灰铸铁的显微组织如下图所示。为提高灰铸铁的性能，常对灰铸铁进行孕育处理，以细化片状石墨，常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。
3.热处理
热处理只能改变铸铁的基体组织，但不能改变石墨的形态和分布。由于石墨片对基体的连续性的破坏严重，产生应力集中大，因而热处理对灰铸铁的强化效果不大，其基体强度利用率只有30%-50%。灰铸铁常用的热处理有：消除内应力退火、消除白口组织退火和表面淬火。
4.用途
灰铸铁主要用于制造承受压力和振动的零部件，如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体等。
②球墨铸铁：球墨铸铁是指石墨呈球形的灰口铸铁，是由液态铁水经石墨化后得到的。与灰铸铁相比，它的碳当量较高，一般为过共晶成分，这有利于石墨球化。
1.牌号：QT400-17、QT420-10、QT500-05、QT600-02、QT700-02、QT800-02、QT1 200-01
2.组织
球墨铸铁是由基体+球状石墨组成，铸态下的基体组织有铁素体、铁素体加珠光体和珠光体3种。球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。加入到铁水中能使石墨结晶成球形的物质称为球化剂，常用的球化剂为镁、稀土和稀土镁。镁是阻碍石墨化的元素，为了避免白口，并使石墨细小且分布均匀，在球化处理的同时还必须进行孕育处理，常用的孕育剂为硅铁和硅钙合金。
3.性能
由于球状石墨圆整程度高，对基体的割裂作用和产生的应力集中更小，基体强度利用率可达70%-90%。接近于碳钢，塑性和韧性比灰铸铁和可锻铸铁都高。
4.热处理
由于球状石墨危害程度小，因而可以对球墨铸铁进行各种热处理强化。球墨铸铁的热处理主要有退火、正火、淬火加回火、等温淬火等。
5.用途
球墨铸铁在汽车、机车、机床、矿山机械、动力机械、工程机械、冶金机械、机械工具、管道等方面得到广泛应用，可代替部分碳钢制造受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求高的零件。
③可锻铸铁：可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火后获得的，其石墨呈团絮状。可锻铸铁中要求碳、硅含量不能太高，以保证浇注后获得白口组织，但又不能太低，否则将延长石墨化退火周期。
1.牌号：KTH KTB KTZ分别表示黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号
2.组织
可锻铸铁的组织与第二阶段石墨化退火的程度有关。当第一阶段石墨化充分进行后（组织为奥氏体+团絮状石墨），在共析温度附近长时间保温，使第二阶段石墨化也充分进行，则得到铁素体+团絮状石墨组织，由于表层脱碳而使心部的石墨多于表层，断口心部呈灰黑色，表层呈灰白色，故称为黑心可锻铸铁。若通过共析转变区时，冷却较快，第二阶段石墨化未能进行，使奥氏体转变为珠光体，得到珠光体+团絮状石墨的组织，称为珠光体可锻铸铁。
3.性能
由于可锻铸铁中的团絮状石墨对基体的割裂程度及引起的应力集中比灰铸铁要小，因而其强度、塑性和韧性均比灰铸铁高，接近于铸钢，但不能锻造，其强度利用率达到基体的
40%-70%。
4.用途
可锻铸铁常用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。这些零件如用铸钢制造则铸造性能差，用灰铸铁则韧性等性能达不到要求。
8、如何理解铸铁在一般的热处理过程中，石墨参与相变，但是热处理并不能改变石墨的形态和分布。
铸铁的热处理目的在于两方面：一是改变基体组织，改善铸铁性能，二是消除铸件应力。值得注意的是：铸件的热处理不能改变铸件原来的石墨形态及分布，即原来是片状或球状的石墨热处理后仍为片状或球状，同时它的尺寸不会变化，分布状况不会变化。
铸铁件热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形态及分布，机械性能的变化是基体组织的变化所致。普通灰口铸铁(包括孕育铸铁)石墨片对机械性能(强度、延性)影响很大，灰口铸铁经热处理改善机械性能不显着。还需要注意的是铸铁的导热性较钢差，石墨的存在导致缺口敏感性较钢高，因此铸铁热处理中冷却速度(尤其淬火)要严格控制。
9、某厂生产球墨铸铁曲拐。经浇注后，表面常出现“白口”，为什么？为消除白口，并希望得到珠光体基体组织，应采用什么样的热处理工艺？
铸件冷却时，表层及薄截面处，往往产生白口。白口组织硬而脆、加工性能差、易剥落。因此必须采用退火（或正火）的方法消除白口组织。退火工艺为：加热到550－950℃保温2～5 h，随后炉冷到500—550℃再出炉空冷。在高温保温期间，游高渗碳体和共晶渗碳体分解为石墨和A，在随后护冷过程中二次渗碳体和共析渗碳体也分解，发生石墨化过程。由于渗碳体的分解，导致硬度下降，从而提高了切削加工性。
10、解释机床底座常用灰铸铁制造的原因。
工艺问题,这些零件形状复杂,除铸造用其他方法难以得到毛坯,而灰口铸铁具有十分优
秀的铸造性能.而钢的铸造性很差. 其一,价格便宜,这些产品的重量很重. 其二,减震,灰铸铁中含碳量比较高，石墨在铸铁中的吸振能力或阻止振动传播的作用，使灰铸铁有优良的减振性，钢材没有这个特性.其三,减磨.灰铸铁中石墨有储油的作用，在有润滑的条件下，加上石墨本身是良好的润滑剂和冷却剂，所以灰铸铁有很好的减磨作用，从而灰铸铁比结构钢耐。其四,对缺口敏感性很低,灰铸铁本身的显微结构石墨是呈现细片状结构，千疮百孔的,
再加几个缺口不要紧.钢要是有缺口,十分容易在缺口处疲劳破坏。
11、影响铸态组织的主要因素是什么？
铸铁的组织取决于石墨化进行的程度，为了获得所需要的组织，关键在于控制石墨化进行的程度。实践表明，铸铁的化学成分和结晶时的冷却速度是主要因素。
第八章铝合金
1、试述铝合金的合金化原则。为什么以硅、铜、镁、锰、锌等元素为主加元素，而以钛、硼、稀土等作为辅加元素。
铝具有一系列比其他有色金属、钢铁和塑性等更优良的性能，如密度小，仅为，约为钢或铜的1/3；优良的导电性、导热性；良好的耐蚀性；优良的塑性和加工性能等。但纯铝的力学性能不高，不适合作为承受较大载何的结构零件。为了提高铝的力学性能，在纯铝中加入某些合金元素，制成铝合金。铝合金仍保持纯铝的密度小和耐蚀性好的特点，且力学性能比纯铝高得多。经热处理后的铝合金的力学性能可以和钢铁材料相媲美。铝合金中常加入的元素为硅、铜、镁、锰、锌元素等。这些合金元素在固态铝中的溶解度一般都是有限的。
2、铝合金热处理强化和钢淬火强化的主要区别是什么？
铝合金的热处理强化不发生同素异构转变。铝合金的淬火处理称为固溶处理，由于硬脆的第二相消失，所以塑性有所提高。过饱和的ａ固溶体虽有强化作用，但是单相的固溶强化
作用是有限的，所以铝合金固溶处理强度、硬度提高并不明显，而塑性却有明显提高。铝合金经固溶处理后，获得过饱和固溶体。在随后的室温放置或低温加热保温时，第二相从过饱和固溶体中析出，引起温度、硬度以及物理和化学性能的显着变化，这一过程称为时效。铝合金的热处理强化实际上包括了固溶处理与时效处理两部分。
3、以Al-Cu合金为例，简要说明铝合金时效的基本过程。
①形成溶质原子偏聚区－G·P（Ⅰ）区。在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G·P（Ⅰ）区。G·P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。
②G·P区有序化－形成G·P（Ⅱ）区。随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G·P（Ⅱ）区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G·P（Ⅰ）区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G·P（Ⅰ）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。③形成过渡相θ′。?随着时效过程的进一步发展，铜原子在G·P（Ⅱ）区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1：2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基体的共格畸变减弱，对位错运动的阻碍作用亦减小，表现在合金性能上硬度开始下降。由此可见，共格畸变的存在是造成合金时效强化的重要因素。④形成稳定的θ相。过渡相从铝基固溶体中完全脱溶，形成与基体有明显界面的独立的稳定相Al2Cu，称为θ相此时θ相与基体的共格关系完全破坏，并有自己独立的晶格，其畸变也随之消失，并随时效温度的提高或时间的延长，θ相的质点聚集长大，合金的强度、硬度进一步下降，合金就软化并称为“过时效”。θ相聚集长大而变得粗大。
4、铝合金的成分设计要满足哪些条件才能有时效强化？
一种合金能否通过时效强化，首先取决于组成合金的元素能否溶解于固溶体以及固溶度随温度变化的程度。如硅、锰在铝中的固溶度比较小，且随温度变化不大，而镁、锌虽然在铝基固溶体中有较大的固溶度，但它们与铝形成的化合物的结构与基体差异不大，强化效果甚微。因此，二元铝－硅、铝－锰、铝－镁、铝－锌通常都不采用时效强化处理。而有些二元合金，如铝－铜合金，及三元合金或多元合金，如铝－镁－硅、铝－铜－镁－硅合金等，它们在热处理过程中有溶解度和固态相变，则可通过热处理进行强化。
为获得良好的时效强化效果，在不发生过热、过烧及晶粒长大的条件下，淬火加热温度高些，保温时间长些，有利于获得最大过饱和度的均匀固溶体。另外在淬火冷却过程不析出第二相，否则在随后时效处理时，已析出相将起晶核作用，造成局部不均匀析出而降低时效强化效果。
5、硬铝合金有哪些优缺点？说明2A12（LY12）的热处理特点。
硬铝属于Al-Cu-Mg系合金，具有强烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高的硬度、强度，故Al-Cu-Mg系合金总称为硬铝合金。这类合金具有优良的加工性能和耐热性，但塑性、韧性低，耐蚀性差，常用来制作飞机大梁、空气螺旋桨等。
硬铝合金的热处理特性是强化相的充分固溶温度与（α+β+S）三元共晶的熔点507℃.因此，硬铝淬火加热的过烧敏感性很大，为了获得最大固溶度的过饱和固溶体，2A12合金最理想的淬火温度为500℃±3℃，但实际生产条件很难做到，所以2A12合金常用的淬火温度为495～500℃。
6、试述铸造铝合金的类型、特点和用途。
铸造铝合金一般分为以下4 个系列:
Al-Si 合金该系合金又称为硅铝明 , 一般 Si 的质量分数为 4%-22%。Al-Si 合金具有优良的铸造性能 , 如流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小 , 经过变质和热处理之后 , 具有良好的力学性能、物理性能、耐腐蚀性能和中等的机加工性能 , 是铸造铝合金中品种最多 , 用途最广的一类合金。
Al-Cu 合金该系合金中 Cu 的质量分数为 3%-11% , 加人其他元素使室温和高温力学性能大幅度提高 , 如 ZL205A (T6) 合金的标准性能σb 为 490MPa, 是目前世界上强度最高的铸造铝合金之一 , ZL206 、 ZL207 和 ZL208 合金具有很高的耐热性能。 ZL207 中添加了混合稀土 , 提高了合金的高温强度和热稳定性 , 可用于 350-400 ℃ 下工作的零件 , 缺点是室温力学性能较差 , 特别是伸长率很低。 Al-Cu 合金具有良好的切削加工和焊接性能 , 但铸造性能和耐腐蚀性能较差。这类合金在航空产品上应用较广 , 主要用作承受大载荷的结构件和耐热零件。
Al-Mg 合金该系合金中 Mg 的质量分数为 4%-11% , 密度小 , 具有较高的力学性能 , 优异的耐腐蚀性能 , 良好的切削加工性能 , 加工表面光亮美观。该类合金熔炼和铸造工艺较复杂 , 除用作耐蚀合金外 , 也用作装饰用合金。
Al-Zn 合金Zn 在Al 中的溶解度大, 当Al 中加人Zn 的质量分数大于10% 时, 能显着提高合金的强度, 该类合金自然时效倾向大, 不需要热处理就能得到较高的强度。这类合金的缺点是耐腐蚀性能差, 密度大, 铸造时容易产生热裂, 主要用做压铸仪表壳
体类零件。
7、试解释：铝合金的晶粒粗大，不能靠重新加热处理来细化。由于铝合金不象钢基体在加热或冷却时可以发生同素异构转变，因此不能像钢一样可以通过加热和冷却发生重结晶而细化晶粒。
8、Al-Zn-Cu-Mg系合金的最高强度是怎样通过化学成分和热处理获得的？
热处理可强化型铝合金：AL—Zn--Mg--Cu系合金--7XXX系，如7075合金，以 Mg和Si为主要合金元素并以Zn为主要合金元素的铝合金。
7XXX系合金中含铜的AL—Zn--Mg--Cu，还有一些其他微量元素，它有较强的韧性和强度，为代表的7075合金，用于飞机及航空制造业。这类合金有抗应力腐蚀性和抗剥落腐蚀的能力会随之下降。如果对成份和热处理以及显微组织进行全面设计，可以得到综合性能良好的高强度合金，该系合金中主要强化相为Mn Zn z(n)与Al2 Mg3 Zn3(T)相。用于制作轮椅的材料7003-C合金主要强化相为?相和Mg2Si.。有很好的抗应力腐蚀性能和焊接性能，又有比6XXX系列高的强度和塑性，便于热成形和冷加工，在冷加工和焊接后不需再进行热处理。
研究2种不同热处理方式对喷射成形超高强度Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的显微组织和力学性能的影响。观察沉积态、挤压态、固溶及时效处理后样品的显微组织，对经时效处理的样品进行了力学性能测试。结果表明：沉积态合金晶粒均匀细小；挤压态合金存在大量的第二相颗粒，为富铜相；固溶处理后，合金出现了再结晶现象。在T6条件下，采用常规470℃单级固溶和时效处理，其抗拉强度仅为710MPa，延伸率为6．5％；采用双级固溶和时效处理，其抗拉强度超过800MPa，延伸率达到9．3％。（T6：固溶热处理后进行人工时效的状态）9、不同铝合金可通过哪些途径达到强化的目的？
代号名称说明与应用
F 自由加工状态适用于在成形过程中，对于加工硬化和热处理条件无
特殊要求的产品，对该状态产品的力学性能不作规
定
O 退火状态适用于经完全退火获得最低强度的加工产品
H 加工硬化状态适用于通过加工硬化提高强度的产品，产品在加工
硬化后要经过（也可不经过）使强度有所降低的附
加热处理。H代号后面必须跟有两位或三位何拉伯
数字
W 固溶热处理状态一种不稳定状态，仅适用于经固溶热处理后，室温
下自然时效的合金，该状态代号仅表示产品处于自
然时效阶段
T 热处理状态适用于热处理后，经过（或不经过）加工硬化达到稳定状态（不同
于F、O、H状态）的产品，
T代号后面必须跟有一位或多位阿拉伯数字。
TO 固溶热处理后，经自然时效再经过冷加工的状态。适用于经冷加工提高强度的产
品
T1 由高温成形冷却，然后自然时效至基本稳定的状态。适用于由高温成形过程冷却后，不再进行冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限）的产品T2 由高温成形冷却，经冷加工后自然时效至基本稳定的状态。适用于由高温成形过程冷却后，进行冷加工或矫直、矫平以提高强度的产品
T3 固溶热处理后进行冷加工，再经自然时效至基本稳定的状态。适用于在固溶热处理后，进行冷加工或矫直、矫平以提高强度的产品
T4 固溶热处理后自然时效至基本稳定的状态。适用于固溶热处理后，不再进行冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限）的产品
T5 由高温成形过程冷却，然后进行人工时效的状态。（不经过冷加工可进行矫直、矫平但不影响力学性能极限），予以人工时效的产品
T6 固溶热处理后进行人工时效的状态
T7 固溶热处理后进行过时效的状态。适用于固溶热处理后，为获取某些重要特性，在人工时效时强度在时效曲线上越过了最高峰点的产品
T8 固溶热处理后经冷加工，然后进行人工时效的状态。适用于经冷加工或矫直、矫
平以提高强度的产品
T9 固溶热处理后人工时效，然后进行冷加工的状态。适用于经冷加工提高强度产品
T10 由高温成形过程冷却后，进行冷加工，然后人工时效的状态
10、为什么大多数铝硅铸造合金都要进行变质处理？铝硅铸造合金当硅含量为多少时一般不进行变质处理，原因是什么？铝硅铸造合金中加入镁、铜等元素作用是什么？
一般情况下，铝硅合金的共晶体由粗针状硅晶体和α固溶体构成，强度和塑性都较差；经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体加初生α固溶体，合金的强度和塑性显着提高，因此，铝硅合金要进行变质处理。
铸造硅铝合金一般需要采用变质处理，以改变共晶硅的形态。常用的变质剂为钠盐。钠盐变质剂易与熔融合金中的气体起反应，使变质处理后的铝合金铸件产生气孔等铸造缺陷，为了消除这种
铸造缺陷，浇注前必须进行精炼脱气，导致铸造工艺复杂化。故一般对于Si小于7%--8%的合金不进行变质处理。
若适当减少硅含量而加入铜和镁可进一步改善合金的耐热性，获得铝硅铜镁系铸造合金，其强化相除了Mg2Si、CuAl2外，还有Al2CuMg、AlxCu4Mg5Si4等相，常用的铝硅铜镁系铸造合金有ZL103、ZL105、ZL111等合金。它们经过时效处理后，可制作受力较大的零件，如ZL105可制作在250℃以下工作的耐热零件，ZL111可铸造形状复杂的内燃机汽缸等。
11、铸造铝合金的热处理与变形铝合金的热处理相比有什么特点？为什么？
铝合金分两大类：铸造铝合金，在铸态下使用；变形铝合金，能承受压力加工，力学性能高于铸态。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、日常生活用品、建筑用门窗等。
铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金和铝锌合金。
第九章铜合金
1、锌含量对黄铜性能有什么影响？
（1）普通黄铜的室温组织普通黄铜是铜锌二元合金，其含锌量变化范围较大，因此其室温组织也有很大不同。根据Cu－Zn二元状态图（图6），黄铜的室温组织有三种：含锌量在35%以下的黄铜，室温下的显微组织由单相的α固溶体组成，称为α黄铜；含锌量在36%～46%范围内的黄铜，室温下的显微组织由（α+β）两相组成，称为（α+β）黄铜（两相黄铜）；含锌量超过46%～50%的黄铜，室温下的显微组织仅由β相组成，称为β黄铜。
（2）压力加工性能α单相黄铜（从H96至H65）具有良好的塑性，能承受冷热加工，但α单相黄铜在锻造等热加工时易出现中温脆性，其具体温度范围随含Zn量不同而有所变化，一般在200～700℃之间。因此，热加工时温度应高于700℃。单相α黄铜中温脆性区产生的原因主要是在Cu-Zn合金系α相区内存在着Cu3Zn和Cu9Zn两个有序化合物，在中低温加热时发生有序转变，使合金变脆；另外，合金中存在微量的铅、铋有害杂质与铜形成低熔点共晶薄膜分布在晶界上，热加工时产生晶间破裂。实践表明，加入微量的铈可以有效地消除中温脆性。
两相黄铜（从H63至H59），合金组织中除了具有塑性良好的α相外，还出现了由电子化合物CuZn为基的β固溶体。β相在高温下具有很高的塑性，而低温下的β′相（有序固溶体）性质硬脆。故（α+β）黄铜应在热态下进行锻造。含锌量大于46%～50%的β黄铜因性能硬脆，不能进行压力加工。
（3）力学性能黄铜中由于含锌量不同，机械性能也不一样。对于α黄铜，随着含锌量的增多，σb和δ均不断增高。对于（α+β）黄铜，当含锌量增加到约为45%之前，室温强度不断提高。若再进一步增加含锌量，则由于合金组织中出现了脆性更大的r相（以Cu5Zn8化合物为基的固溶体），强度急剧降低。（α+β）黄铜的室温塑性则始终随含锌量的增加而降低。所以含锌量超过45%的铜锌合金无实用价值。
普通黄铜的用途极为广泛,如水箱带、供排水管、奖章、波纹管、蛇形管、冷凝管、弹壳及各种形状复杂的冲制品、小五金件等。随着锌含量的增加从H63到H59，它们均能很好地承受热态加工，多用于机械及电器的各种零件、冲压件及乐器等处。
2、单相α黄铜中温脆性产生的原因是什么？如何消除？
单相黄铜（从H96至H65）具有良好的塑性，能承受冷热加工，但α单相黄铜在锻造等热加工时易出现中温脆性，其具体温度范围随含Zn量不同而有所变化，一般在200～700℃之间。因此，热加工时温度应高于700℃。单相α黄铜中温脆性区产生的原因主要是在Cu-Zn合金系α相区内存在着Cu3Zn和Cu9Zn两个有序化合物，在中低温加热时发生有序转变，使合金变脆；另外，合金中存在微量的铅、铋有害杂质与铜形成低熔点共晶薄膜分布在晶界上，热加工时产生晶间破裂。实践表明，加入微量的铈可以有效地消除中温脆性。
3、什么是黄铜的“自裂”？产生的原因是什么？通常采用什么方法消除？
黄铜经压力加工而内部有残余应力时，若在大气中，特别是在有氨气、氨溶液、汞、汞蒸气、汞盐溶液和海水中易产生腐蚀，致使黄铜破裂，这种现象称：“自裂”（季裂、应力腐蚀）。
为了防止黄铜的应力腐蚀开裂，可将冷加工后的黄铜零件用260--300℃保温1—3小时的低温退火来消除内应力或向黄铜中加入一定量的Sn、Si、Al、Mn和Ni等，可显着降低应力腐蚀倾向，也可采用镀锌和镀锡等电镀层加以保护，以防止自裂。
4、锡青铜的铸造性能为什么比较差？
铸造锡青铜在一般铸造条件下,容易产生反偏析,使铸件成分不均匀,内部形成许多小孔洞,降低铸件的力学性能和气密性。
5、简述合金元素在铝青铜中的作用。
Ti、Al的含量影响高锰铝青铜的机械性能，Al含量变化对材料硬度的影响比Ti明显。
在生产高锰铝青铜冶金备件时，Ti含量应控制在%%、Al在%～%之间，可将产品硬度控制在HB(200±20)的范围内。Ti、Al含量在一定范围内增加，可以提高产品硬度。为获得稳定的产品硬度，必须严格控制各种元素的加入量及其成分波动范围。
6、铍青铜在热处理和性能上有何特点？试写出一中牌号，并说明用途。
⑴铍青铜是一种用途极广的沉淀硬化型合金。经固溶及时效处理后，强度可达
1250-1500MPa(1250-1500公斤)。其热处理特点是：固溶处理后具有良好的塑性，可进行冷加工变形。但再进行时效处理后，却具有极好的弹性极限，同时硬度、强度也得到提高。??
①铍青铜的固溶处理??
一般固溶处理的加热温度在780-820℃之间，对用作弹性元件的材料，采用760-780℃，主要是防止晶粒粗大影响强度。固溶处理炉温均匀度应严格控制在±5℃。保温时间一般可按1小时/25mm计算，铍青铜在空气或氧化性气氛中进行固溶加热处理时，表面会形成氧化膜。虽然对时效强化后的力学性能影响不大，但会影响其冷加工时工模具的使用寿命。为避免氧化应在真空炉或氨分解、惰性气体、还原性气氛（如氢气、一氧化碳等）中加热，从而获得光亮的热处理效果。此外，还要注意尽量缩短转移时间（此淬水时），否则会影响时效后的机械性能。薄形材料不得超过3秒,一般零件不超过5秒。淬火介质一般采用水（无加热的要求），当然形状复杂的零件为了避免变形也可采用油。??
②铍青铜的时效处理??铍青铜的时效温度与Be的含量有关，含Be小于%的合金均宜进行时效处理。对于Be大于%的合金，最佳时效温度为300-330℃，保温时间1-3小时（根据零件形状及厚度）。Be低于%的高导电性电极合金，由于溶点升高，最佳时效温度为450-480℃，保温时间1-3小时。近年来还发展出了双级和多级时效，即先在高温短时时效，而后在低温
下长时间保温时效，这样做的优点是性能提高但变形量减小。为了提高铍青铜时效后的尺寸精度，可采用夹具夹持进行时效，有时还可采用两段分开时效处理。
③铍青铜的去应力处理??铍青铜去应力退火温度为150-200℃，保温时间小时，可用于消除因金属切削加工、校直处理、冷成形等产生的残余应力，稳定零件在长期使用时的形状及尺寸精度。
⑵常用的铍青铜wBe=%~%。铍在铜中的最大溶解度为%，到室温时降至%，所以，铍青铜经固溶热处理和时效后有较高的强度、硬度。同时，铍青铜还具有良好的耐蚀性、耐疲劳性、导电性、导热性，且无磁性，受冲击不产生火花等，是一种综合性能较好的结构材料，主要用于制造各种精密仪器、仪表中的弹性零件和耐蚀、耐磨零件，如钟表齿轮、航海罗盘、电焊机电极、防爆工具等。铍青铜价格贵，工艺复杂，应用受到限制。
如牌号：QBe2，用途：重要仪表的弹簧、齿轮等。耐磨零件，高速、高压、高温下的轴承。
7、什么叫“弹壳黄铜”、“商业黄铜”、“金色黄铜”、“易切黄铜”、“海军黄铜”？写出其主要牌号及用途。
①黄铜以锌作主要添加元素的铜合金﹐具有美观的黄色﹐统称黄铜。铜锌二元合金称普通黄铜或称简单黄铜。三元以上的黄铜称特殊黄铜或称复杂黄铜。含锌低於36％的黄铜合金由固溶体组成﹐具有良好的冷加工性能﹐如含锌30％的黄铜常用来制作弹壳﹐俗称弹壳黄铜或七三黄铜。含锌在36～42％之间的黄铜合金由和固溶体组成﹐其中最常用的是含锌40％的六四黄铜。为了改善普通黄铜的性能﹐常添加其他元素﹐如铝﹑镍﹑锰﹑锡﹑硅﹑铅等。铝能提高黄铜的强度﹑硬度和耐蚀性﹐但使塑性降低﹐适合作海轮冷凝管及其他耐蚀零件。锡能提高黄铜的强度和对海水的耐腐性﹐故称海军黄铜﹐用作船舶热工设备和螺旋桨等。铅能改善黄铜的切削性能﹔这种易切削黄铜常用作钟表零件，称为易切黄铜。黄铜铸件常用来制作阀门和管道配件等。
②特殊黄铜：在普通黄铜中加入其它合金元素所组成的多元合金称为黄铜。常加入的元素有铅、锡、铝等，相应地可称为铅黄铜、锡黄铜、铝黄铜。加合金元素的目的。主要是提高抗拉强度改善工艺性。
代号：为“ H ＋主加元素符号（除锌外）＋铜的质量分数＋主加元素质量分数＋其它元素质量分数”表示。
如： HPb59-1 表示铜的质量分数为 59% ，含主加元素铅的质量分数为 1% ，余量为锌的铅黄铜。
③青铜：除黄铜白铜外，其余的铜的合金统称青铜，青铜又可分为锡青铜和特殊青铜（即无锡青铜）两类。
代号：表示方法为“ Q+ 主加元素符号及质量分数 + 其它元素的质量分数”所组成。铸造产品则在代号前加“ Z ”字，如： Qal7 表示含铝为 5% ，其余为铜的铝青铜 ZQsn10-1 表示含锡量为 10% ，其它合金元素含量为 1% ，余量为铜的的铸造锡青铜
④锡青铜：是由锡为主加元素的铜锡合金，也称为锡青铜。当含锡量小于 5~6% ，锡溶于铜中形成 a 固溶体，塑性上升，当含锡量大于 5~6% 时，由于出现了 Cu31sb8 为基的固溶体，抗拉强度下降，所以秤的锡青铜含锡量大多在 3~14% 之间，当含锡量小于 5% ，适用于冷变形加工，当含锡量为 5~7% 时的适用于热变形加工。当含锡量大于 10% 时，适用于铸造。由于 a 与 & 电极电位相近，且成分中的锡氮化后生成致密的二氧化锡薄膜，耐大气、耐海水等的耐蚀性上升，只是耐酸性较差。因为锡青铜结晶温度范围较宽，流动性差，不易形成集中缩孔，而易形成枝晶偏析和分散缩孔，铸造收缩率小，有利于得尺寸极接近于铸型的铸
件，所以适于铸造形状复杂。壁厚较大的条件，而不适宜铸造要求致密度高和密封性好的铸件。锡青铜有良好的减摩性，抗磁性及低温韧性。
锡青铜按生产方法可分为压力加工锡青铜与铸造锡青铜两大类。
特殊青铜：加入其它元素以取代锡，或为无锡青铜，多数特殊青铜都比锡青铜具有更高的机性，耐磨性与耐蚀性，常用的有铝青铜（ QAL7 QAL5 ）铅青铜（ ZQPB30 ）等。以镍为主要添加元素的铜基合金呈银白色，称为白铜。镍含量通常为10%、15%、20%，含量越高，颜色越白。铜镍二元合金称普通白铜，加锰、铁、锌和铝等元素的铜镍合金称为复杂白铜，纯铜加镍能显着提高强度、耐蚀性、电阻和热电性。工业用白铜根据性能特点和用途不同分为结构用白铜和电工用白铜两种，分别满足各种耐蚀和特殊的电、热性能。
8、为什么炮弹弹壳常用H70、H68黄铜材料制造？
黄铜（又叫青铜），黄铜是主要由铜和锌形成的合金，用途甚广，其性质取决于铜和锌的比例。含铜达63%以上的黄铜，可以冷加工，可以退火，有延展性；而含铜较少、含锌较多的合金，则应热加工，强度较高。
H70（C2600）：含铜量70%，又称弹壳黄铜。具有良好光泽、加工性、延展性、适合伸抽，易于电镀或涂装。可应用于深伸抽加工，如子弹壳，炮弹壳、喇叭锁、电子零件、汽车水箱、铜管。
H68（C2620）：含铜量68%，又称弹壳黄铜。延展性，可焊性，深冲性，可镀性，耐蚀性能均佳，应用于各种复杂冷深冲件，散热器壳等。
9、氧、硫、磷、铋等常见杂质元素对纯铜性能产生哪些不良影响
紫铜中的微量杂质对铜的导电、导热性能有严重影响。氧、硫、硒、碲等在铜中的固溶度很小,可与铜生成脆性化合物,对导电性影响不大，但能降低加工塑性。氧对铜的焊接性有害。铋或铅与铜生成低熔点共晶，使铜产生热脆。
第十章钛合金
1、钛合金的合金化原则是怎样的?为什么几乎在所有钛合金中，均有一定含量的合金元素铝？为什么铝的加入量都控制在6%—7%以下？
①钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。
②铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。
③钛-铝系合金的强度随铝合金含量的增加而升高。但Al含量>6%后，由于出现与α相共格的有序相α2相（Ti3Al）而变脆，甚至会使热加工发生困难。因此，一般工业用Ti合金的Al含量很少超过6%。
2、为什么国内外目前应用最广泛的钛合金是Ti-Al-V系的Ti-6Al-4V即TC4合金？
钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。另外，钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差，生产工艺复杂。钛的生产是1948年开始的。航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约8％的增长速度发展。目前世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金牌号近30种。第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。
3、简述铝和锡在α钛合金中的作用。
铝和锡是提高相转变温度的元素为α稳定元素。
4、如何改善钛合金的生产工艺？
要提高质量，首先要提高钛的纯净度，这取决于两方面的因素，一方面要改善工艺，另一方面要改善无损探伤技术。通常钛合金的熔炼采用自耗炉冶炼。这种熔炼方法的主要问题是合金锭的均匀性和夹杂物。20世纪90年代以前，工业生产的钛缺陷率大，现已有所降低。主要是因为发展了电子束重熔技术（EBCHM）。这种方法有利于解决偏析及制备不同截面的锭子，并且对去除高密度缺陷很有效。此外，还可用三次真空冶炼方法来改善工艺。
5、要扩大钛合金在民品工业中的应用，首要的任务是什么？通过什么途径可以实现？
①要扩大钛合金在民品工业中的应用，首要的任务是:降低成本。
②发展一些低成本合金。此外，可用钛合金回收碎屑和采用Fe-Mo中间合金降低成本，性能也能满足要求。
第十一章其它有色金属合金
1、镁合金的最大特点是什么？为什么被称为“绿色工程材料”？
⑴①在实用金属中是最轻的金属。镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金属。应用范围:镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化的目的。
②高强度、高刚性。镁合金的比重虽然比塑料重，但是，单位重量的强度和弹性率比塑料高，所以，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外，由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。应用范围:手机电话，笔记本电脑上的液晶屏幕的尺寸年年增大，在它们的枝撑框架和背面的壳体上使用了镁合金。
③传热性好。虽然镁合金的导热系数不及铝合金，但是，比塑料高出数十倍，因此，镁合金用于电器产品上，可有效地将内部的热散发到外面。应用范围:在内部产生高温的电脑和投影仪等的外壳和散热部件上使用镁合金。电视机的外壳上使用镁合金可做到无散热孔。
④电磁波屏蔽性好。镁合金的电磁波屏蔽性能比在塑料上电镀屏蔽膜的效果好，因此，使用镁合金可省去电磁波屏蔽膜的电镀工序。
应用范围:在手机电话的壳体和屏蔽材料上使用了镁合金。
⑤机械加工性能好。镁合金比其他金属的切削阻力小，在机械加工时，可以较快的速度加工。耐凹陷性好。镁合金与其他金属相比抗变形力大，由冲撞而引起的凹陷小于其他金属。
⑥对振动?冲击的吸收性高。由于镁合金对振动能量的吸收性能好，使用在驱动和传动的部件上可减少振动。另外，冲击能量。
⑦吸收性能好，比铝合金具有更好的延伸率的镁合金，受到冲击后，能吸收冲击能量而不会产生断裂。应用范围:在硬盘驱动器的读出装置等的振动源附近的零件上使用镁合金。若在风扇的风叶上使用镁合金，可减小振动达到低骚音。此外，为了在汽车受到撞击后提高吸收冲击力和轻量化，在方向盘和坐椅上使用镁合金。
⑧抗蠕变性能好。镁随着时间和温度的变化在尺寸上蠕变少。
⑨再生。镁合金与塑料不同，它可以简单地再生使用且不降低其机械性能，而塑料很难在不降低其机械性能再生使用。镁合金与其他金属相比，熔点低，比热小，在再生熔解时所消耗的能源是新材料制造所消耗的能源的4%。
⑵因为再生的特点，镁合金被称为21世纪的绿色工程材料。且镁是地球上最丰富的资源，
从海水、菱镁矿石、白云石都能提炼出镁。中国的镁蕴藏量居世界第一位。镁原料出口居世界第二位。
2、镁合金中的主要合金元素有哪些？它们的作用是什么？
镁合金的主要合金元素有Al、Zn、Mn和Zr等。
①铝可改善压铸件的铸造性能，提高铸件强度。
②锌可以提高铸件抗蠕变性能。
③在镁中加入镁对合金的力学性能影响不大，但降低塑性。
④锆可以细化晶粒，锆可减少热裂倾向和提高力学性能及耐蚀性，降低应力腐蚀敏感性。
3、在铸造镁合金中，稀土元素的作用是什么？哪一种稀土元素应用效果最佳？为什么？
在铸造镁合金中，稀土元素是改善耐热性最有效最有效和最具实用价值的金属。在稀土金属中，Nd的作用最佳。Nd在镁合金中可导致在高温和常温下同时获得强化。
4、镁合金的热处理特点是什么？在什么情况下，镁合金需要进行二次热处理？
镁合金热处理的主要特点是固熔和时效处理时间较长，并且镁合金淬火时不必快速冷却，通常在静止的空气或人工强制流动的气流中冷却即可。
镁合金铸件热处理后的显微组织中化合物含量过高，或者在固熔处理后的缓冷过程中出现了过时效现象，那么就要进行二次热处理。
5、锌合金有哪些特点？锌合金中普遍存在的问题是什么？可通过什么途径来改善它？
⑴锌合金的主要特点如下：
①锌合金具有较低的摩擦系数、较高的承载能力、较高的耐磨性。
②成本低，能量消耗少，在制成铸件时熔化的能耗也较低。
③生产周期短。④较高的导电、导热性。
⑤良好的铸造成形性能。
⑥非磁性及抗火花性。
⑵①Zn-Cu系合金。存在体积不稳定的现象。可通过加入少量的Mg或Mn的办法来改善。
②Zn-Al系合金。缺点：在潮湿大气中容易发生晶间腐蚀。加入少量镁能抵消杂质Pb的有害作用。
③Zn-Al-Cu系合金。缺点：晶间腐蚀敏感性高。加入%—%镁能减轻晶间腐蚀和杂质（Pb、Sn、Cd）对晶间腐蚀的不利影响。
④Zn-Ti系合金。缺点：耐蚀性和铸造性能低。加入%Cu和少量Mn和Cr能改善耐蚀性，加入微量（%%）Al能改善铸造性能。
、F、K、非K形成合金元素。
A形成元素：1.完全固溶。Mn、Co、Ni（Mn脆Co贵都少见，Ni有工业价值）（fcc）；2.部分固溶。Cu、C、N（C、N间隙，有工业价值，Cu置换）。F形成元素：1.完全固溶体（无限置换固溶体）：Cr、V（bcc）；2.有限互溶：Ti、Mo、W、Al、P、Sn、Sb、As等。K形成元素：1.强K：Ti、Zr、Nb、V，熔点3000℃左右，一般热处理工艺中不熔化；2.中强K：W、Mo、Cr，熔点1500℃左右；3.弱K：Mn、Fe。非K形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、P、S等。
2.为什么要在钢中加入合金元素？对相图的影响？对C曲线的影响？
相图：①改变A相区位置。A形成元素使A存在
区域扩大，其中开启γ相区的元素如Ni、Mn含量较多时，可使钢在室温下得到单相A组织；F形成元素均使A存在区域减小，其中封闭γ相区的元素如Cr、Ti、Si等超过一定含量时，可使钢在室温获得单相F组织。②改变共析转变温度。扩大γ相区元素使铁碳相图中的共析转变温度下降，缩小γ相区的元素则使其升高。③改变S和E等临界点的含碳量。几乎所有合金元素都使共析点（S）和共晶点（E）的含碳量下降。即使S和E点左移。
C曲线：①除Co外，几乎所有合金元素都增加A的稳定性，推迟A向P组织的转变。使C 曲线右移，提高了钢的淬透性。②非K形成元素Ni、Si和弱K形成元素Mn，大致保持碳钢C曲线形状，只是使其向右作不同程度的移动。③非K形成元素Co，不改变C曲线形状，使其左移。④K形成元素不仅使C曲线右移，并且改变其形状。因对P和B转变推迟作用的影响不同，产生两个“鼻子”，C曲线分成上下两条，两个相区完全分开。(
机械性能：①对退火下的机械性能无明显影响；②对正火、淬火、回火状态下钢的强化作用明显，提高强度、回火稳定性，有些可提高高温性能。
工艺性能：①对铸造性能取决于对Fe-Fe3C相图的影响:固、液相的温度差下降，性能提高,共晶成分处最好；能形成强K的元素，会降低流动性，恶化铸造性能。②合金元素溶于固溶体或形成K都使钢的热变形抗力提高，塑性明显下降且易断裂。③低碳钢焊接性能较好，钢中含少量形成稳定K的元素如Ti、V可使晶粒细化，降低淬透性，改善焊接能力。④一般合金钢的切削性能比碳钢差，适当加入S、P、Pb可大大改善。)
3.形变铝合金和铸造铝合金各自特点？成分范围？分类依据？
常用元素：Cu、Mg、Mn、Si、Zn。形变铝合金（无共晶）（加Li使Al轻）：加热时形成单相固溶体组织，合金塑性较高，适于压力加工。成分范围:位于α最大固溶度以左。分类:α固溶体成分不随温度变化（不可用热处理进行强化）称为不可热处理强化的铝合金；α固溶体成分随温度变化（可采取热处理强化）称为可热处理强化的铝合金。铝合金的淬火称为固溶处理，强度、硬度提高不明显，塑性增加。时效：形成GP区（与基体产生很大共格）→GP区有序化（形成θ”相，与基体保持完全共格）→过渡相θ’（局部共格）→稳定相θ（与基体完全失去共格）。铸造铝合金（共晶）：合金中含有共晶组织，因为熔点低，液态流动性好，适于铸造。为综合运用热处理强化和过剩相强化,铸造铝合金的化学成分都较复杂，合金元素的种类和数量相对较多。成分范围:位于α最大固溶度以右。分类：以所含主要合金元素为标志，铸造铝合金可分为铸造Al-Si基、Al-Cu基、Al-Mg基和Al-Zn 基四类。
4.低合金高强度钢特点？其合金化发展历程和特点？
特点：碳质量分数小于%的普通碳素钢的基础上，通过添加一种或多种少量合金元素（总质量分数小于3%），产生固溶强化、细晶强化和沉淀强化的综合作用来提高强度，使钢的强度明显高于碳素钢。
历程和特点：①含碳量逐渐降低（%到%到%到%），韧性升高，降低P含量，提高材料的低温韧性，防止低温开裂。②含碳量下降导致强度下降。通过添加合金元素来补偿。国内采用Mn-Si体系：产生固溶强化，细化F晶粒，使P片变细，消除晶界上的粗大片状K，提高钢的强度和韧性，Si提高淬透性。例如南京长江大桥采用16Mn。早先人们认为加Mn使晶粒粗化，后来发现钢含碳高时才会使晶粒粗化，相反含碳低时使晶粒细化。国外Cr-Ni体系：少量Cr、Ni在钢中形成细K，阻碍钢热轧时A晶粒长大，利于获得细小F晶粒。另，热轧时部分固溶在A内，冷却时弥散析出，可起到一定的析出强化作用，提高钢的强度，韧性。（发展B钢：利用加入Cr、Mo、Mn、B等元素，阻碍A转变，使C曲线的P转变区右移，而B转变区变化不大，有利于空冷条件下获得B组织，从而获得更高强度韧性。）③采用控制轧制、控制冷却工艺提高强度。④含碳量降低、焊接性能提高。含碳量越高，焊接处热影响区的硬化与脆化越显着，在焊接应力的作用下易产生裂纹,使焊接性能下降（焊接性能用焊接碳当量CE和焊接裂纹敏感性指数Pcm评价）。发展方向：解决好强韧性之间的矛盾，同时考虑其加工特性（焊接，成型，低韧）。发展趋势：1，低碳或超低碳2，高纯净化3，微合金化技术4，超细化晶粒5，计算机控制6，控轧控冷技术。
二．高强度螺栓，传统材料VS现代材料？工艺区别？组织结构区别？优劣（除成本外）？传统调制钢：含碳%的中碳钢加Cr。常用40Cr（Cr提高淬透性）来提高强度。工艺：轧制
钢材→球化退火→冷拔→冷成型→调质（淬火加高温回火）→搓丝（滚丝）→表面处理→去氢退火→成品。组织：淬火得到马氏体组织，经高温回火后得到回火索氏体。
现代非调制钢：（高强度级及以上）用冷作强化非调质钢。多为含碳%左右的C-Mn系钢中加Cr、Ti、B、Si等元素。提高淬透性，保证强度和塑韧性。工艺：控制轧制，控制冷却→冷拔→冷成型→搓丝→表面处理→时效处理→成品。组织：控轧控冷后一半得到F+P，强度达不到要求，可相对增加微量合金元素或加Cr、Ni等元素，使P的C曲线右移，B不移，得粒状B。
优劣：①调制钢在热处理过程中易发生氧化脱碳，降低表面精度及强度，为防止应在淬火时，炉内加惰性保护气体，而非调质钢无热处理工艺，不会氧化脱碳。②调质钢淬火后易变性，影响精度（尤其对非对称螺栓如U型螺栓）。非调质钢变形性小，精度高，可达到螺栓螺母接合紧密，无渗漏、渗透的要求。③非调质钢无热处理、轧材的力学性能波动直接影响成品性能波动。所以冶金生产工艺、控轧控冷等工艺的设计与控制难度，精度要求都较高。④非调质钢省去了热处理，节约能耗、耗材，减少环境污染，提高材料利用率。三．合金结构钢与碳钢差别？合金起什么作用？如何选材？
①加入合金元素提高淬透性。“少量多元”的原则加入多种合金元素，综合作用使γ相稳定，提高淬透性。多采用Si-Mn体系及Cr-Ni体系提高淬透性，其中Cr-Ni体系效果最为显着，得到广泛运用。②影响钢的回火过程。由于合金元素在回火时可阻碍钢中各种原子的扩散，因为在同一温度下和碳钢比，一般均起到延迟马氏体的分解和碳化物的聚集长大作用，从而提高钢的回火稳定性，即提高钢的抗回火软化能力，较高含量的K形成元素如V、W、Mo等时在500~600℃回火析出细小弥散的特殊碳化物质代替部分较粗大的合金Fe3C，使钢强度提高，出现二次硬化；Mo对钢的回火脆性有组织或减弱的作用。③影响钢的强化和韧化。Ni 固溶强化方式强化F；Mo、V、Nb等K形成元素弥散硬化和固溶强化提高屈服强度，合金元素一般都细化A晶粒，提高晶界的强化作用。Ni改善钢的韧性；Mn易使A晶粒粗话，对回火脆性敏感；降低P、S含量，提高钢纯净度，改善钢的韧性。（P、S等Me高温回火时易在晶界偏聚，产生第二类回火脆性，降低晶界的断裂强度，导致脆断，为抑制回火脆性，采取：1.加入Mo、W等Me，抑制偏析；2.工艺上高温回火，短时保温，快速冷却，使S、P来不及偏析，抑制回火脆性；3.提高钢纯度，降低杂质含量，选择优质钢）
选材：①材料的使用性能原则。根据零件的服役条件和失效形式找出所选材料的主要力学性能指标，保证零件的耐用性。②工艺性能原则（铸造、锻造、切削加工、焊接、热处理工艺性能）。一般碳钢锻造和切削加工性能较好，但强度不高，淬透性较差，所以大截面、形状复杂和高强的淬火零件时，常用合金钢。合金钢淬透性好、强度高，但锻造、切削加工等工艺性能较差。③经济型原则。